WO2001066916A2 - Válvula hidráulica de membrana perfeccionada, para regulación del caudal de fluidos - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic membrane valve for the regulation of the flow of fluids, which has been perfected in certain structural aspects thereof, in order to achieve an optimum regulation of the flow of fluid that passes through it.
  • the corresponding valve body contains a semiconic deflector element with its upper part determining an open flat face whose perimeter configures an isosceles triangle, the section thereof being approximately equivalent to that of the valve passage, according to its nominal diameter, due to that the passage of water through the valve is carried out inside such triangular section.
  • the aerodynamic shape of the semiconic deflector favors the circulation of the fluid, both in the inlet zone and in the outlet zone, avoiding the production of turbulence in the flow and reducing pressure losses in the valve.
  • the valve also includes a flat configuration membrane in its seating area, adapting to the sides of the outlet section in order to achieve the tightness of its partial or total enclosure.
  • the elastic membrane itself adopts a hemisphere configuration or spherical cap that, to perform the closing function, sits on an area, in the shape of a circumference segment.
  • the closing of the valve is carried out by introducing pressurized water into the chamber formed by the valve cover and the membrane itself ensuring the sealing of the enclosure, in some cases, by one or more springs arranged in said chamber, which compress the membrane against your seat, even when the fluid pressure drops.
  • the valve is opened by draining the water contained in the chamber, which allows the membrane to deform, leaving the passage of fluid free.
  • valve For use as a regulator, in a known process it is usually equipped with pilots (small hydraulic valves) that, by means of sensors that buy the pressure of the fluid at the outlet of the valve with that of the pilot setting, have the partial filling or emptying of the valve chamber, putting it in communication with the fluid inlet or discharge respectively, whereby the membrane adopts intermediate positions between those of total opening or closing.
  • pilots small hydraulic valves
  • the purpose of the invention that constitutes the object of this patent is the elimination of the problems of deficient regulation capacity of the known membrane hydraulic valves, described above, by means of an improved design of the closing mechanism, which optimizes its performance Hydraulic
  • the valve body contains a semiconic deflector element, with its axis arranged longitudinally, whose upper part has an open flat face and whose perimeter forms an isosceles triangle of straight or mixed sides, the section of the latter being approximately equivalent to the of passage of the valve according to its nominal diameter, because the passage of water through the valve occurs inside the triangular section.
  • the vertices of the semi-cone and the triangular opening are oriented towards the inlet part of the fluid to the valve.
  • the aerodynamic shape of the semiconic deflector favors the circulation of the fluid, both in the inlet and in the outlet, avoiding the production of turbulence in the flow and reducing the pressure losses in the valve.
  • the membrane adopts a flat shape in its seating area, adapting to the sides of the exit section to achieve the tightness of its partial enclosure or total; and it is preferably made with an elastomer sufficiently flexible to allow the continuous deformations that require its function, being able to incorporate internal reinforcements if deemed necessary by the service pressure of the valve.
  • valve chamber when the valve chamber is completely drained, its complete opening takes place since the membrane deforms leaving the entire triangular section of passage, which is equivalent to that of the outlet pipe, of the nominal diameter free. from valvule.
  • valve At an intermediate point in the regulation process, the valve will be partially open, the chamber partially filled with fluid and the deformed membrane with a double curvature profile.
  • the inlet pressure is always higher than the outlet pressure for the fluid to circulate in the intended direction
  • the pressure of the fluid contained in the chamber will be intermediate between the two, and will tend to apply the membrane against its seat, this effort being both
  • the larger the acting surface, the greater the area of the membrane that will initially be applied against its seat will be that corresponding to the base of the triangular opening, and the passage section that will be free will be that corresponding to the vertex of said opening.
  • the inlet pressure will tend to lift the membrane of your seat starting at the zone of least resistance, that is, at the apex of the triangular outlet section.
  • valve in closing or reduction of flow will be the one of back to front, beginning by the greater flows; and conversely, in the process of opening or increasing flow.
  • valve allows efficient operation as a regulator, in flow rates much wider than those of conventional valves, avoiding fluctuation problems of pressures they present.
  • Figures 1 to 12 show a sequence in the process of opening the valve, from nothing to everything: from them,
  • Figures 1, 2 and 3 correspond to the closed valve.
  • Figures 4, 5 and 6 correspond to the slightly open valve, with a section through the vertex of the triangular outlet section.
  • FIGS 7, 8 and 9 correspond to the valve giving way to an average flow.
  • Figures 10, 11 and 12 correspond to the fully open valve, with the passage section equivalent to that of the outlet pipe.
  • Figures 1, 4, 7 and 10 are longitudinal sections of the valve, by vertical vertical planes.
  • Figures 2, 5, 8 and 11, are cross sections of the valve without cover by the planes whose traces are indicated respectively as AA ( Figure 1), BB ( Figure 4), CC ( Figure 7) and DD ( Figure 10) .
  • Figures 3, 6, 9 and 12, are conventional plan views of the valve without cover, and with the membrane cut by the plane of its upper face.
  • Its body (1) contains a semiconic deflector element (2), with its axis parallel to the longitudinal one of the valve, presenting at the top of said element (2) a flat open face (3) whose perimeter forms an isosceles triangle of section approximately equivalent to the passage of the valve according to its nominal diameter, to facilitate the circulation of the fluid when the valve is fully open, since the flow passes through the triangular section.
  • the vertex of the half-cone (2) and therefore the extreme vertex of the triangular opening (3), are oriented towards the inlet part of the fluid to the valve.
  • the elastic membrane (4) adopts a flat shape in its seating area, adapting to the sides of the triangular passage section to achieve the sealing of its partial or total enclosure, pressed against its seat by the fluid contained in the chamber formed by the cover (5) and the membrane (4).
  • the opening of the valve is produced by draining the fluid from said chamber, with which the fluid inlet pressure pushes the membrane (4) away from its seat and facilitating its exit through the triangular passage section of the semiconic deflector (2) .
  • the valve has holes in its body that serve as a connection for the use of pilots or other accessories. Said holes are located in the inlet (6) and outlet (7), as well as in the chamber (8). When the valve is used as an automatic regulator, these holes are properly connected to the pilot pilot.

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Abstract

La 'Válvula hidráulica de membrana perfeccionada, para la regulación del caudal de fluidos' que constituye el objeto de esta Patente, contiene un deflector semicónico (2) con una cara superior abierta y plana (3), de perímetro triangular isósceles y sección equivalente a la de paso de la válvula, estando orientados el semicono (2) y el triángulo (3) hacia la entrada del fluido. La membrana (4) asienta sobre la sección plana (3) presionada por el fluido contenido en la cámara formada por la tapa (5) y la membrana (4); mientras que drenando el fluido de la cámara, la presión de entrada levanta la membrana (4) de su asiento. El cierre o reducción del caudal se produce en el sentido de aguas arriba, y la apertura o aumento de caudal, aguas abajo.

Description

VÁLVULA HIDRÁULICA DE MEMBRANA PERFECCIONADA, PARA REGULACIÓN DEL CAUDAL DE FLUIDOS
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una válvula hidráulica de membrana para la regulación del caudal de fluidos, que ha sido perfeccionada en determinados aspectos estructurales de la misma, con objeto de conseguir una óptima regulación del caudal de fluido que pasa a su través. Para ello el correspondiente cuerpo de válvula contiene un elemento deflector semicónico con su parte superior determinando una cara plana abierta cuyo perímetro configura un triángulo isósceles, siendo la sección de éste aproximadamente equivalente a la de paso de la válvula, según su diámetro nominal, debido a que el paso de agua a través de la válvula .se realiza por dentro de tal sección triangular. Cuando la válvula está totalmente abierta, la forma aerodinámica del deflector semicónico favorece la circulación del fluido, tanto en la zona de entrada como en la zona de salida, evitando la producción de turbulencias en el flujo y reduciendo las pérdidas de carga en la válvula. La válvula incluye además una membrana de configuración plana en su zona de asiento, adaptándose a los lados de la sección de salida a fin de conseguir la estanqueidad de su cerramiento parcial o total .
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el diseño más comúnmente utilizado de las válvulas hidráulicas de membrana conocidas, la propia membrana elástica, adopta una configuración de semiesfera o casquete esférico que, para realizar la función de cierre, asienta sobre una zona, con forma de segmento de circunferencia .
El cierre de la válvula se realiza introduciendo agua a presión en la cámara formada por la tapa de la válvula y la propia membrana asegurándose la estanqueidad del cerramiento, en algunos casos, mediante uno o más muelles dispuestos en dicha cámara, que comprimen a la membrana contra su asiento, aún cuando sea baja la presión del fluido.
La apertura de la válvula se realiza drenando el agua contenida en la cámara, lo que permite a la membrana deformarse, dejando libre el paso del fluido.
El funcionamiento de la válvula precedentemente descrito, corresponde a la operación de la misma a todo o nada. Para su utilización como reguladora, en un proceso conocido se le suele equipar con pilotos (pequeñas válvulas hidráulicas) que, mediante sensores que compran la presión del fluido a la salida de la válvula con la de tarado del piloto, disponen el llenado o vaciado parcial de la cámara de la válvula, poniéndola en comunicación con la entrada o el vertido del fluido respectivamente, con lo que la membrana adopta posiciones intermedias entre las de apertura o cierre totales.
Sin embargo, el comportamiento de estas válvulas como reguladoras, solamente es aceptable para un intervalo de caudales en torno al nominal, ya que cuando circulan caudales menores que éste no se alcanza la posición de equilibrio de la membrana, lo cual provoca fuertes oscilaciones en la presión que se pretende regular, porque la variación de la sección de paso se produce alternativamente y de forma frecuente, rápida y muy brusca .
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La finalidad de la invención que constituye el objeto de la esta Patente, consiste en la eliminación de los problemas de deficiente capacidad de regulación de las válvulas hidráulicas de membrana conocidas, precedentemente descritos, mediante un diseño perfeccionado del mecanismo de cierre, que optimiza sus prestaciones hidráulicas.
El cuerpo de la válvula contiene un elemento deflector semicónico, con su eje dispuesto en sentido longitudinal, en cuya parte superior presenta una cara plana abierta y cuyo perímetro configura un triángulo isósceles de lados rectos o mixtos, siendo la sección de éste aproximadamente equivalente a la de paso de la válvula según su diámetro nomina, porque el paso de agua a través de la válvula se produce por dentro de la sección triangular .
Los vértices del semicono y de la abertura triangular están orientados hacia la parte de entrada del fluido a la válvula.
Cuando la válvula está totalmente abierta, la forma aerodinámica del deflector semicónico favorece la circulación del fluido, tanto en la zona de entrada como en la de salida, evitando la producción de turbulencias en el flujo y reduciendo las pérdidas de carga en la válvula.
La membrana adopta una forma plana en su zona de asiento, adaptándose a los lados de la sección de salida para conseguir la estanqueidad de su cerramiento parcial o total; y está hecha preferentemente con un elastómero suficientemente flexible para permitir las deformaciones continuadas que requieren su función, pudiendo incorporar refuerzos interiores si se estiman necesarios por la presión de servicio de la válvula.
El funcionamiento de la válvula como elemento de maniobra, en régimen de "todo o nada", es el siguiente:
Cuando la cavidad comprendida entre membrana y la tapa de la válvula (es decir, su cámara) se llena con fluido a una presión igual o mayor que la de entrada, se produce el cierre de la válvula, ya que la membrana se aplica sobre su asiento en la cara plana del semicono, tapando la abertura triangular.
Por el contrario, cuando se drena totalmente la cámara de la válvula, se produce su apertura completa ya que la membrana se deforma dejando libre la totalidad de la sección triangular de paso, que es equivalente a la de la tubería de salida, del diámetro nominal de la válvula.
El funcionamiento de la válvula como reguladora del caudal de fluidos es el siguiente:
En un punto intermedio del proceso de regulación, la válvula estará parcialmente abierta, la cámara parcialmente llena de fluido y la membrana deformada con un perfil de doble curvatura.
Como la presión de entrada es siempre mayor que la de salida para que el fluido circule en el sentido previsto, la presión del fluido contenido en la cámara será intermedia entre ambas, y tenderá a aplicar la membrana contra su asiento, siendo este esfuerzo tanto mayor cuanto más grande sea la superficie de actuación, por lo que la zona de la membrana que se aplicará inicialmente contra su asiento será la correspondiente a la base de la abertura triangular, y la sección de paso que quedará libre será la correspondiente al vértice de dicha abertura.
Recíprocamente, la presión de entrada tenderá a levantar la membrana de su asiento comenzando por la zona de menor resistencia, es decir, por el vértice de la sección triangular de salida.
Así pues, la actuación de la válvula en cierre o reducción de caudal será la de atrás a delante, comenzando por los caudales mayores; e inversamente, en el proceso de apertura o aumento de caudal .
La regulación automática de las presiones de entrada y salida del fluido, que conduce al automatismo en la actuación de la válvula, se logra mediante tomas de sus valores respectivos que son captados por un piloto que actúa mediante su sensor como órgano de control y regulación.
En todo caso, las situaciones de equilibrio hidrodinámico precedentemente supuestas y descritas, se producen indistintamente con secciones de paso próximas al vértice extremo de la cara plana triangular o próximas a su base; es decir, con caudales de paso de valor inferior al nominal de la válvula, o con caudales próximos a dicho valor nominal, respectivamente.
De esta manera, la válvula permite un funcionamiento eficaz como reguladora, en rangos de caudales mucho más amplios que los de las válvulas convencionales, evitando los problemas de fluctuación de presiones que estas presentan.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Las Figuras 1 a 12 muestran una secuencia en el proceso de apertura de la válvula, de nada a todo: de ellas,
Las Figuras 1, 2 y 3 corresponden a la válvula cerrada .
Las Figuras 4, 5 y 6 corresponden a la válvula ligeramente abierta, con sección de paso por el vértice de la sección triangular de salida.
Las Figuras 7, 8 y 9 corresponden a la válvula dando paso a un caudal medio .
Las Figuras 10, 11 y 12 corresponden a la válvula totalmente abierta, con la sección de paso equivalente a la de la tubería de salida.
En cuanto a su representación,
- Las Figuras 1, 4, 7 y 10, son secciones longitudinales de la válvula, por sendos planos axiales verticales. Las Figuras 2, 5, 8 y 11, son secciones transversales de la válvula sin tapa por los planos cuyas trazas se señalan respectivamente como A-A (Figura 1) , B-B (Figura 4) , C-C (Figura 7) y D-D (Figura 10) . Las Figuras 3, 6, 9 y 12, son vistas en planta convencional de la válvula sin tapa, y con la membrana cortada por el plano de su cara superior.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Para mostrar con claridad la naturaleza y el alcance de la aplicación ventajosa de la "Válvula hidráulica de membrana perfeccionada, para la regulación del caudal de fluidos" que constituye el objeto de la invención, se describen seguidamente su estructura y su funcionamiento, haciendo referencia a los dibujos que, por representar una realización preferente de dicho objeto, con carácter informativo, deben considerarse en su sentido más amplio y no como limitadores de la aplicación y el contenido de la invención.
Su cuerpo (1) contiene un elemento deflector semicónico (2), con su eje paralelo al longitudinal de la válvula, presentando en la parte superior de dicho elemento (2) una cara abierta plana (3) cuyo perímetro configura un triángulo isósceles de sección aproximadamente equivalente a la de paso de la válvula según su diámetro nominal, para facilitar la circulación del fluido cuando la válvula está totalmente abierta, ya que el flujo pasa a través de la sección triangular.
El vértice del semicono (2) y por tanto el vértice extremo de la abertura triangular (3), están orientados hacia la parte de entrada del fluido a la válvula .
La membrana elástica (4) adopta una forma plana en su zona de asiento, adaptándose a los lados de la sección de paso triangular para conseguir la estanqueidad de su cerramiento parcial o total, presionada contra su asiento por el fluido contenido en la cámara formada por la tapa (5) y la membrana (4) .
La apertura de la válvula se produce drenando el fluido de dicha cámara, con lo que la presión de entrada del fluido empuja a la membrana (4) separándola de su asiento y facilitando su salida por la sección de paso triangular del deflector semicónico (2) .
Como consecuencia de su diseño, la actuación de la válvula en cierre o reducción de caudal será de atrás a delante (aguas arriba) , comenzando por los caudales mayores; e inversamente (aguas abajo) en el proceso de apertura o aumento de caudal .
La válvula presenta en su cuerpo sendos orificios que sirven como conexión para la utilización de pilotos u otros accesorios. Dichos orificios están situados en la parte de entrada (6) y salida (7) , así como en la cámara (8) . Cuando se utiliza la válvula como reguladora automática, dichos orificios se conectan de manera adecuada al piloto regulador.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1.- Válvula hidráulica de membrana perfeccionada, para la regulación del caudal de fluidos, que incluyendo un cuerpo de válvula con una membrana elástica mediante la que se establece la apertura, cierre o paso parcial para el fluido a través del cuerpo de válvula, se caracteriza porque dicho cuerpo (1) de la válvula incluye un elemento deflector semicónico (2) , con su eje paralelo al eje longitudinal de la válvula, presentando en la parte superior de dicho deflector una cara abierta plana determinante de una abertura de paso del fluido, cuyo perímetro configura un triángulo isósceles de sección aproximadamente equivalente a la de paso de la válvula según su diámetro nominal, en orden a facilitar la circulación del fluido cuando la válvula está totalmente abierta; habiéndose previsto que el vértice del deflector semicónico
(2) y por lo tanto el vértice extremo de la abertura triangular
(3), estén orientados hacia la parte de entrada del fluido a la válvula.
2a.- Válvula hidráulica de membrana perfeccionada, para la regulación del caudal de fluidos, según la Reivindicación Ia, caracterizada porque la membrana elástica (4) adopta una forma plana en su zona de asiento, adaptándose a los lados de la sección de la abertura triangular de paso de fluido, para conseguir la estanqueidad de su cerramiento parcial o total, quedando presionada dicha membrana elástica (4) contra su asiento por el fluido contenido en la cámara formada por una tapa superior (5) del cuerpo (1) y la propia membrana elástica
(4) ; con la particularidad de que la apertura de la válvula se produce drenando el fluido de dicha cámara, con lo que la presión de entrada del fluido empuja a la membrana (4) separándola de su asiento y facilitando su salida a través de la abertura triangular (3) del deflector semicónico (2) .
3a.- Válvula hidráulica de membrana perfeccionada, para la regulación del caudal de fluidos, según las Reivindicaciones anteriores, caracterizada porque, la actuación de la válvula en cierre o reducción de caudal se realiza aguas arriba, comenzando por los caudales mayores; y aguas abajo en el proceso de apertura o aumento de caudal.
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